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無機酸化物の合成方法1

無機酸化物の合成方法の一つに、ゾルゲル法というものがあります。
この方法は有機化学でもおなじみの、加水分解→重縮合という反応プロセスを経ます。

下図の出発物質はテトラエトキシシラン(Tetraethoxysilane or TEOS)という化合物です。
命名法としては「C2H5O-エトキシ基」が「tetra=4つ」ついた「Si=シラン」ということです。
よく「テオス」なんて言ったりします。
ここからSiO2(シリカ)を合成することを考えます。
TEOS.png
TEOSを酸性水溶液に入れて攪拌すると(例えば塩酸)
加水分解を起こして、矢印の右の様になります。
ただしこのままでは残念ながら重縮合はほとんど起きてくれません。
なぜなら、モノマーどうしプラスの電荷を持って反発してしまい近づけないからです。

そこでpHを調整して、プラスの電荷を取り去ってやります。
具体的には水酸化ナトリウムなどの塩基を加えます。すると下図のようになります。
TEOS2.png
ここで重縮合は爆発的に進行し、攪拌していた反応溶液は魔法のように一気にカチンと固まってしまいます。
この段階を「ゲル化した」といいます。
このとき、Si-O-Siのネットワークが網目状に形成されて流動性が失われてしまったのです。
化学式で書くとSiO2、いわゆるシリカゲルと呼ばれるものです。
工業的にも重要でシリカコーティングなどに用いられていますし、
京大の学生実験でも体験できたりします。

この方法は今流行の有機・無機ハイブリッド材料の合成にも応用できます。
例えばTEOSの一部を以下のように有機官能基で置き換えます。
alkylSi.png
すると有機物に特徴的なC骨格と無機材料であるシリカの骨格が共有結合で繋がった
ハイブリッド材料が合成できます。
この有機無機ハイブリッド材料に関する研究は近年さかんに行われているようです。

参考文献

ゾルゲル法の科学


参考URL http://techon.nikkeibp.co.jp/article/WORD_LEAF/20051007/109450/
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